高速公路橋梁鋼橋面鋪裝數(shù)字化施工技術(shù)研究

文｜中鐵長江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 黃有為

近年來，伴隨國內(nèi)交通事業(yè)的進(jìn)步，出現(xiàn)了更多的高速公路項(xiàng)目，這一項(xiàng)目中包含著很多的成分，尤其是橋梁，其質(zhì)量高低是非常關(guān)鍵的。實(shí)際上，因?yàn)闀?huì)被多種因素所影響，所以往往造成鋪裝層出現(xiàn)質(zhì)量問題，這除了會(huì)影響到橋梁的壽命，也會(huì)威脅到通行的安全。對(duì)此在橋面鋪裝中，實(shí)施科學(xué)有效的施工控制措施，以保證整體質(zhì)量。瀝青混凝土被拌合時(shí)長、溫度等所影響，瀝青以及礦粉含量偏多，在施工溫度上有著嚴(yán)格要求。對(duì)于改性瀝青，它的混合料為骨架結(jié)構(gòu)，存在較強(qiáng)抗車轍能力，不過若施工監(jiān)控未落實(shí)好，也可能發(fā)生質(zhì)量問題。根據(jù)施工特征，強(qiáng)化監(jiān)控施工要點(diǎn)，針對(duì)鋼橋面鋪裝，優(yōu)化施工質(zhì)量控制方式，對(duì)確保鋪裝效果，打造精品項(xiàng)目存在著較大現(xiàn)實(shí)意義。伴隨互聯(lián)網(wǎng)信息不斷進(jìn)步，借助數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)方式，來采集、跟蹤、研究與管控產(chǎn)品質(zhì)量信息，已是強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)控的核心發(fā)展方向。

1.橋梁橋面鋪裝損壞的成因

首先，設(shè)計(jì)因素。當(dāng)實(shí)際進(jìn)行設(shè)置時(shí)，對(duì)于鋪裝層的厚度大小，沒有開展全方位的分析，同時(shí)針對(duì)挨著的路面，實(shí)施了相同的設(shè)置，在這樣的情況下，導(dǎo)致厚度不滿足施工要求。對(duì)于橋面來說，由于有著一定的部件，在受力狀態(tài)方面，與常規(guī)的路面進(jìn)行比較，鋪裝層較為復(fù)雜，如果根據(jù)鄰近路面的厚度，來開展有關(guān)的設(shè)置，在出現(xiàn)重載的情況下，將不易滿足通信的要求。與此同時(shí)，當(dāng)對(duì)材料進(jìn)行選用時(shí)，過于側(cè)重于某一項(xiàng)性能，由此對(duì)于所選擇的材料來說，別的方面的性能被進(jìn)一步削弱了，如過于注重高溫穩(wěn)定性，使得材料的抗裂性有所削弱，基于這樣的情況，極容易致使鋪裝層發(fā)生縮溫裂縫的情況。其次，施工原因。在鋪裝層施工中，設(shè)計(jì)不夠科學(xué)、沒有充分實(shí)施質(zhì)量保證措施等，均容易致使壓實(shí)質(zhì)量不滿足有關(guān)的要求，這一點(diǎn)充分體現(xiàn)于邊緣鋪裝層，常常發(fā)生壓不到的情況。與此同時(shí)，就所利用的壓路機(jī)來說，因?yàn)閲嵨徊蛔悖瑢?dǎo)致難以獲得良好的壓實(shí)度，基于此，致使鋪裝層有著很大的空隙，伴隨氣候環(huán)境不斷的影響，再加上荷載的作用，極有可能發(fā)生早期水損害的現(xiàn)象。針對(duì)一部分鋪裝層，當(dāng)進(jìn)行攤鋪施工時(shí)，發(fā)生了很大的離析情況，引發(fā)很大的空隙率，在車輛通行之后，很有可能發(fā)生水損害。除此之外，在結(jié)束一些鋪裝層施工后，往往要開展取樣作業(yè)，完成這一環(huán)節(jié)之后，沒有第一時(shí)間實(shí)施填實(shí)處理，另外一種情況，對(duì)于所選用的填料來說，與初始材料的級(jí)配不相符，基于此，極有可能對(duì)這一位置造成損壞。

2.高速公路橋梁橋面鋪裝施工控制技術(shù)

為了更好進(jìn)行探究，將某一橋梁工程當(dāng)作例子，來分析這一項(xiàng)技術(shù)。該公路橋梁大概有1 千米長，行車速度能夠達(dá)到130 千米每小時(shí)，橋面寬度達(dá)到13 米。結(jié)合地區(qū)的氣候以及環(huán)境條件，在通過有效比選之后，給出了以下的鋪裝層結(jié)構(gòu)方案：上、下面層依次為兩種瀝青混凝土，也就是SBS 以及橡膠混凝土，針對(duì)粘結(jié)層而言，設(shè)置為環(huán)氧瀝青，接下來詳細(xì)探討這一技術(shù)。

（1）橋面結(jié)構(gòu)層處理。正式鋪裝層施工前，需要有效處理結(jié)構(gòu)層，在有效利用銑刨方法的基礎(chǔ)上，能夠顯著提升抗剪強(qiáng)度。正式銑刨處理之前，需要全方位查看結(jié)構(gòu)層，若出現(xiàn)積水的話，需要先進(jìn)行清除，接著將銑刨機(jī)就位，同時(shí)打開設(shè)備，值得一提的是，要把握好走行速率，通常情況下，應(yīng)當(dāng)處于十米每分鐘；具體走行中，要促使輸送皮帶處于工作狀態(tài)，把廢料送到車?yán)锩妫槍?duì)殘留下來的廢料，可以采用人工的方式來收集，并裝到車?yán)锩?，在裝上所有的廢料后，要第一時(shí)間沖洗好橋面，對(duì)于沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的位置，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)拋丸機(jī)的使用，來開展相應(yīng)的處理。為了能夠獲取良好的施工效果，需要有效處理橋面，以便能夠滿足實(shí)際的施工要求。在橋面上，若出現(xiàn)以下的情況，例如松散以及浮漿等，可以選擇兩種方法來清除，一是鋼刷，二是噴砂；可以借助蘇打水，來將油污處理到位，獲取通過高溫來燒除；可利用高壓水的作用，有效清除一系列的殘留物，例如砂粒以及灰塵等；而對(duì)于凸起來的位置，可以通過對(duì)打磨機(jī)的使用，來進(jìn)行相應(yīng)的打磨處理，對(duì)于出現(xiàn)凹陷的地方，可以選擇水泥漿這種材料，來開展相應(yīng)的填充處理。

（2）鋪裝層施工控制。①瀝青混合料拌和。工程中通過對(duì)拌合樓的使用，制備SBS 瀝青混合料，同時(shí)采用機(jī)械的方法，來完成對(duì)纖維穩(wěn)定劑的增添。對(duì)于改性瀝青來說，既能夠利用成品，也可以通過現(xiàn)場(chǎng)來制備，工程選取第二種方法；對(duì)于瀝青的加熱溫度，需要處于171 攝氏度至176攝氏度的范圍，而對(duì)于集料的，大概應(yīng)當(dāng)介于186 攝氏度至196 攝氏度之間，與此同時(shí)，針對(duì)整個(gè)加熱的過程，需要保證其溫度不出現(xiàn)波動(dòng)。②混合料運(yùn)輸。在實(shí)際運(yùn)輸中，為了能夠更好確保溫度，需要加蓋苫布，除此之外，對(duì)于車輛的行駛速度，需要得到充分的把握，要最大程度處于勻速狀態(tài)，不要出現(xiàn)急剎車的情況，防止致使混合料離析；在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后，要和攤鋪機(jī)保持一定的距離，通常應(yīng)當(dāng)介于0.5m至0.8m 之間，由此方可進(jìn)行停車。③混合料攤鋪。工程實(shí)施雙機(jī)連鋪的方法，來結(jié)束對(duì)混合料的攤鋪；基于攤鋪機(jī)，向其合適的地方安裝平衡梁，將這一裝置和傳感裝置進(jìn)行配合，進(jìn)一步來掌控?cái)備伒母叨扰c平整程度。④混合料碾壓。在完成攤鋪?zhàn)鳂I(yè)后，應(yīng)當(dāng)立即開展碾壓處理，通過這樣的方式，有助于確?；旌狭系臏囟龋ㄟ^大量實(shí)踐得知，溫度越大，越能獲取更為可觀的壓實(shí)效果；工程通過對(duì)壓路機(jī)的使用，來開展相應(yīng)的碾壓處理，一般可以分成多個(gè)階段，例如初壓，對(duì)于初壓這一階段來說，需要緊跟攤鋪機(jī)開展，碾壓一兩次就可以；在完成上一個(gè)階段之后，需要第一時(shí)間開展復(fù)壓，可以實(shí)施剛性碾靜壓的方法，碾壓三四遍就可以；而對(duì)于最后一個(gè)階段，也就是終壓階段，可以選擇振動(dòng)型壓路機(jī)，碾壓一兩遍就可以；在溫度方面，第一階段需要超過160 攝氏度，第二階段需要超過130 攝氏度，第三階段需要超過120 攝氏度。在碾壓作業(yè)中，選好壓實(shí)設(shè)備是非常關(guān)鍵的，選用噸位更大的壓路機(jī)，越能獲取更為可觀的壓實(shí)效果，然而對(duì)于橋面鋪裝，若噸位偏大的話，則極容易影響到橋梁的可靠性，故而當(dāng)進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效的計(jì)算，來選用合適噸位的壓路機(jī)。

3.數(shù)字化施工信息平臺(tái)

（1）生產(chǎn)監(jiān)控模塊。對(duì)于混合料生產(chǎn)質(zhì)量控制來講，拌合站為不可缺少的源頭，需把質(zhì)量管理轉(zhuǎn)變成全程管理，制定并且健全質(zhì)控體系。把生產(chǎn)裝置以及流動(dòng)信息當(dāng)作基準(zhǔn)，且配置服務(wù)器以及傳輸設(shè)計(jì)，采取數(shù)字化控制手段，對(duì)攪合站工作流程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。把生產(chǎn)中相關(guān)信息逐盤采集，比如用量、配合比等，借助信息平臺(tái)開展研究綜合比較。生產(chǎn)監(jiān)控中，儀表可以準(zhǔn)確指示拌合日期與盤數(shù)等。對(duì)于改性瀝青，拌合時(shí)間是：干拌10 秒，濕拌45 秒。把混合料卸進(jìn)運(yùn)料車，開展測(cè)溫以及稱量，出料溫度需要介于175 攝氏度至190 攝氏度之間。針對(duì)GA 混合料，干拌15 秒，濕拌時(shí)間是一分半鐘，同樣把混合料卸進(jìn)運(yùn)料車，開展稱量和測(cè)溫，出料溫度需要介于210 攝氏度至240 攝氏度之間。為精準(zhǔn)獲得級(jí)配數(shù)據(jù)，生產(chǎn)前應(yīng)該開展篩分試驗(yàn)，獲取相應(yīng)熱料倉級(jí)配，且輸入至監(jiān)控模塊。處于生產(chǎn)階段，會(huì)結(jié)合進(jìn)料比重計(jì)算，明確生產(chǎn)級(jí)配，且結(jié)合用量明確油石比。為獲取拌合以及出料溫度，需配置溫度傳感器以及信號(hào)傳遞裝置，進(jìn)而達(dá)到實(shí)時(shí)獲取。

（2）攤鋪監(jiān)控模塊。在質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中，攤鋪監(jiān)控屬于關(guān)鍵的構(gòu)成部分，需要對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)施工過程開展全面管理，將全部攤鋪車輛開展交互統(tǒng)一，以保證整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)形成封閉的整體，并對(duì)其開展有效控制。結(jié)合攤鋪過程下達(dá)相應(yīng)的管理指令，同時(shí)對(duì)施工機(jī)器操作人員開展導(dǎo)航引導(dǎo)。利用后臺(tái)界面記錄施工流程中涉及的全部數(shù)據(jù)，以便對(duì)攤鋪溫度等信息開展全方位查詢。在混合料施工中，攤鋪是屬于關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)攤鋪過程中混合料溫度及松鋪厚度等開展全方位監(jiān)控。想要實(shí)時(shí)掌握攤鋪溫度，可基于攤鋪機(jī)熨平板中增設(shè)溫度傳感器。借助云平臺(tái)構(gòu)建各種信號(hào)來源通道，促進(jìn)各個(gè)模塊信號(hào)的接收及整理。針對(duì)高彈改性混合料，當(dāng)卸料結(jié)束之后，在進(jìn)行攤鋪過程中，應(yīng)保證溫度在160 度以上，借助1.2 的松鋪系數(shù)完成。另外，想要確保攤鋪均勻性，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度標(biāo)準(zhǔn)，防止攤鋪機(jī)產(chǎn)生堆料等問題，要求攤鋪機(jī)行走速度為1至2米每秒。針對(duì)GA瀝青混合料來看，正式進(jìn)行攤鋪之前的半小時(shí)內(nèi)，需對(duì)攤鋪機(jī)開展預(yù)熱，建議其溫度在100 度以上，在放料過程中，Cooker 車應(yīng)與攤鋪機(jī)熨平板保持1.5 以內(nèi)的距離，實(shí)際進(jìn)行攤鋪谷草中，還應(yīng)保證攤鋪機(jī)履帶基于木模之上勻速運(yùn)作。

（3）壓實(shí)監(jiān)控模塊?；谀雺涸O(shè)備之上增設(shè)GPS 定位裝置。利用衛(wèi)星系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備位置信息開展實(shí)時(shí)追蹤，以此獲取所需的數(shù)據(jù)信息。對(duì)碾壓設(shè)備信息開展全面收集及分析，及時(shí)把壓實(shí)情況通過簡(jiǎn)單的畫面及信息發(fā)送給電子顯示屏，以便相關(guān)操作人員更好地開展壓實(shí)引導(dǎo)工作，借助施工圖設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)壓實(shí)環(huán)節(jié)的壓實(shí)變數(shù)開展科學(xué)控制，以降低少壓及過壓等現(xiàn)象。就這個(gè)控制系統(tǒng)來看，可以自動(dòng)對(duì)壓實(shí)溫度等信息開展全面收集及分析，為操作者奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)其開展科學(xué)引導(dǎo)，最大程度地減少施工成本，進(jìn)一步增加壓實(shí)作業(yè)效率。

（4）預(yù)警監(jiān)控模塊。服務(wù)器平臺(tái)基于和預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)開展分析比較，對(duì)超標(biāo)信息開展警示，且督促相關(guān)人員第一時(shí)間糾偏以及處置。①油石比預(yù)警監(jiān)控。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，以短信形式發(fā)送到平臺(tái)告知。在獲取警示之后，落實(shí)好核實(shí)工作，基于對(duì)系統(tǒng)錯(cuò)誤的排除，進(jìn)行抽提試驗(yàn)，以判定警示的真實(shí)，進(jìn)而及時(shí)找到預(yù)警因素。對(duì)石油比開展核實(shí)檢測(cè)，改性以及GA 混合料的依次是6%和8%，要求誤差是正負(fù)0.3%。圖1所示為石油比波動(dòng)。根據(jù)圖中信息，當(dāng)?shù)?3 生產(chǎn)盤數(shù)時(shí)，出現(xiàn)顯著波動(dòng)，大于誤差范圍。為確保施工質(zhì)量，需第一時(shí)間處理廢料。②配合比預(yù)警監(jiān)控。對(duì)配合比開展實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保根據(jù)表1-2 依次合成的生產(chǎn)級(jí)配符合要求。對(duì)核心篩孔通過率開展監(jiān)控，對(duì)于篩孔通過率，建議相應(yīng)的波動(dòng)范圍是正負(fù)4%，正負(fù)3%與正負(fù)2%。③攤鋪快慢預(yù)警控制。攤鋪快慢和攤鋪平整、能否滿足設(shè)計(jì)厚度標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。為避免攤鋪速度不適當(dāng)導(dǎo)致出現(xiàn)堆料或者拉料，需要充分把控?cái)備佀俣?，?shí)現(xiàn)平穩(wěn)、不間斷要求。攤鋪速度趨勢(shì)圖見圖2，在樁號(hào)K8+660 周圍，速度顯著提高，釋放預(yù)警提示，立刻通知相關(guān)人員把控?cái)備佨囁俾剩謴?fù)至平穩(wěn)速率；樁號(hào)K8+820 周圍，攤鋪速度顯著降低，并存在突破最低界限趨勢(shì)，平臺(tái)釋放預(yù)警提示，立刻恢復(fù)到平穩(wěn)速率?；陬A(yù)警平臺(tái)監(jiān)控，均維持在1 米每秒至2 米每秒的速度，并大約在中值1.5m每秒周圍，切實(shí)確保了攤鋪質(zhì)量。

圖1 石油比波動(dòng)

圖2 攤鋪速度趨勢(shì)圖

表1 改性瀝青熱料倉進(jìn)料比例及油石比

表2 GA 瀝青進(jìn)料比例及油石比

4.結(jié)論

綜上所述，對(duì)于橋面鋪裝層施工來說，其屬于一種復(fù)雜性的工作，因?yàn)榕c諸多內(nèi)容有關(guān)，若某環(huán)節(jié)發(fā)生問題，則會(huì)直接影響到鋪裝層質(zhì)量，由此會(huì)降低使用年限?；谶@樣的情況，在具體工程中，應(yīng)當(dāng)實(shí)施科學(xué)有效的施工控制技術(shù)，來開展施工作業(yè)，以便能夠提高鋪裝層質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，有助于確保通行的安全，節(jié)省橋面維修所需的費(fèi)用，有效增加橋梁的使用壽命。本文以鋼橋面鋪裝數(shù)字化施工為例，建立了數(shù)字化信息平臺(tái)，構(gòu)建了相關(guān)的監(jiān)控模塊，且注重探究了數(shù)字化監(jiān)控要點(diǎn)。結(jié)果顯示平臺(tái)可以有效完成施工全方位監(jiān)控以及實(shí)時(shí)預(yù)警，切實(shí)確保鋪裝質(zhì)量，能為類似橋面鋪裝數(shù)字化建設(shè)起到一定參考作用。